本發(fā)明涉及金屬粉末制備領(lǐng)域，特別是一種含鎢3D打印用鈦基合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
3D打印技術(shù)的核心是裝備和材料。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印裝備成熟，但目前可用于3D打印的材料種類少、性能不穩(wěn)定，成為制約3D打印技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸問題。傳統(tǒng)粉末冶金用的金屬粉末材料還不能完全適應(yīng)3D打印工藝，目前已有的金屬粉末種類少、價格高、產(chǎn)品化程度低。
鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學(xué)性能、抗疲勞和蠕變性能好等優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、化工、核工業(yè)、運(yùn)動器材以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于鈦及鈦合金的應(yīng)變硬化指數(shù)低(近似為0.15)，抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用。
因鑒于此，特提出此發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種耐磨損、耐高溫、抗腐蝕的鈦合金及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供的一種含鎢3D打印用鈦基合金材料，其特征在于：所述鈦基合金材料以質(zhì)量百分比記含有：
碳化鎢：15～30％
鎳：2～5％
鈮：3～8％
釩：1～3％
銅：5～8％
鉬：5～10％，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：碳化鎢15％，鎳5％，鈮8％，釩3％，銅8％，鉬10％，鈦51％。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：碳化鎢20％，鎳4％，鈮6％，釩2％，銅7％，鉬8％，鈦53％。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：碳化鎢25％，鎳3％，鈮4％，釩2％，銅6％，鉬6％，鈦54％。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：碳化鎢30％，鎳2％，鈮3％，釩1％，銅5％，鉬5％，鈦54％。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料為合金粉末顆粒。
優(yōu)選的，所述合金粉末顆粒為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。
第二方面，本發(fā)明提供一種含鎢3D打印用鈦基合金材料的制備方法，依次按照以下步驟進(jìn)行：
(1)將金屬粉末充分混合；所述金屬粉末按質(zhì)量百分比含有：
碳化鎢：15～30％
鎳：2～5％
鈮：3～8％
釩：1～3％
銅：5～8％
鉬：5～10％，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；
(2)將混合后得到的粉末燒結(jié)并合金均勻化；以及
(3)通過機(jī)械合金化獲得合金粉末。
第三方面，本發(fā)明提供一種3D打印零件，該零件是由第一方面中所述的鈦基合金材料經(jīng)3D打印制成。
本發(fā)明提供的，具有如下有益效果：應(yīng)用本發(fā)明所提供的含鎢3D打印用鈦基合金粉末材料，所得到的的零部件既有鈦合金“輕量化”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又具有高溫硬度大、抗高溫磨損性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，突破了鈦合金只能作為結(jié)構(gòu)材料使用的局限性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所提供的一種含鎢3D打印用鈦基合金材料的制備方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明方案中所有實(shí)施例采用的都是德國SLM Solution公司生產(chǎn)的SLM 280金屬3D打印設(shè)備。
實(shí)施例一
請參考圖1，取碳化鎢粉末1.5千克、鎳粉末0.5千克、鈮粉末0.8千克、釩粉末0.3千克、銅粉末0.8千克、鉬粉末1.0千克、鈦粉末5.1千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過機(jī)械合金化，得到粉末成品。機(jī)械合金化是一個通過高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過程。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3D打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例二
取碳化鎢粉末2.0千克、鎳粉末0.4千克、鈮粉末0.6千克、釩粉末0.2千克、銅粉末0.7千克、鉬粉末0.8千克、鈦粉末5.3千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過機(jī)械合金化，得到粉末成品。機(jī)械合金化是一個通過高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過程。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3D打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例三
取碳化鎢粉末2.5千克、鎳粉末0.3千克、鈮粉末0.4千克、釩粉末0.2千克、銅粉末0.6千克、鉬粉末0.6千克、鈦粉末5.4千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過機(jī)械合金化，得到粉末成品。機(jī)械合金化是一個通過高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過程。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3D打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例四
取碳化鎢粉末3.0千克、鎳粉末0.2千克、鈮粉末0.3千克、釩粉末0.1千克、銅粉末0.5千克、鉬粉末0.5千克、鈦粉末5.4千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過機(jī)械合金化，得到粉末成品。機(jī)械合金化是一個通過高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過程。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為30～150μm，含氧量為0.07～0.12％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3D打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1，表中的編號“1～4”依次對應(yīng)上述實(shí)施例一至實(shí)施例四中得到的3D打印零部件。
表1四種實(shí)施例中材料密度硬度相對耐磨性對照表
其中密度采用排水法測量，先用天平測出質(zhì)量M；用量筒測出體積V；用公式P＝M/V計(jì)算密度。
所打硬度均采用HR—150A洛氏硬度機(jī)，載荷為150kg，對3D打印零部件取五點(diǎn)打硬度，最后得到該零部件的平均洛氏硬度值。
磨損實(shí)驗(yàn)采用MLS-225型濕式橡膠輪磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)。
在3D打印零部件中取六個57×25×5mm磨損式樣，磨損實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：橡膠輪轉(zhuǎn)速：240轉(zhuǎn)/分，橡膠輪直徑：178mm，橡膠輪硬度：60(邵爾硬度)，載荷：10Kg，磨損時間：250s，橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)：約1000轉(zhuǎn)，磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨損的失重量來衡量。在實(shí)驗(yàn)前、后，將試件放入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3～5分鐘，實(shí)驗(yàn)時用Q235鋼作為對比，對比件失重量與測量件失重量之比作為該配方的相對耐磨性。相對耐磨性
從表1可以看出，打印出的零部件HRC>48，擁有良好的硬度；相對耐磨性為Q235鋼的14倍以上，此外，發(fā)明人還驚奇地發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施例四中，3D打印零部件的相對耐磨性高達(dá)31倍。同時材料的密度雖然略大于純鈦(4.5g/cm3)，但是遠(yuǎn)小于鋼(7.85g/cm3)；因此，本發(fā)明所提供的含鎢3D打印用鈦基合金材料既可以是打印出的零部件輕量化，又達(dá)到了耐磨損、抗腐蝕的功能化要求。
以上對本發(fā)明所提供的一種含鎢3D打印用鈦基合金材料及其制備方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。